電子級(jí)玻纖池窯用耐火材料耐火磚
目前，我國(guó)玻纖工業(yè)已完全打破了國(guó)外對(duì)池窯拉絲成套技術(shù)的壟斷，實(shí)現(xiàn)了有中國(guó)特色的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的池窯拉絲成套技術(shù)與裝備國(guó)產(chǎn)化的總體戰(zhàn)略目標(biāo)，池窯拉絲工藝已成為我國(guó)玻纖工業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)，是我國(guó)玻纖工業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。2006年，池窯拉絲產(chǎn)量已占全國(guó)玻纖總產(chǎn)量的76.78%，預(yù)計(jì)2007年，將可達(dá)到85%左右，創(chuàng)歷史最高記錄。
池窯拉絲工藝相對(duì)于拉絲工藝而言，具有產(chǎn)量大、成本低、質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高及節(jié)約能源等一系列優(yōu)異特性。池窯拉絲工藝，不僅能滿足生產(chǎn)增強(qiáng)性玻璃纖維產(chǎn)品的要求，還能滿足生產(chǎn)普通紡織性玻璃纖維產(chǎn)品的要求，尤其是能滿足生產(chǎn)高檔電子級(jí)玻璃纖維產(chǎn)品的特殊工藝要求。
電子級(jí)玻璃纖維在拉絲過(guò)程中，對(duì)玻璃熔制質(zhì)量要求很高，它要求玻璃液中基本上沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的微氣泡，接近準(zhǔn)光學(xué)玻璃的質(zhì)量。而池窯拉絲采用的單元窯正是熔制優(yōu)質(zhì)玻璃的唯一合理的窯型結(jié)構(gòu)。
單元窯具有狹長(zhǎng)窯型，其長(zhǎng)寬比一般都在3.5：1左右。玻璃液從配合料熔化、澄清到均化所經(jīng)歷的時(shí)間，是其它窯型的2-3倍。單元窯還在熔化部配置了多對(duì)小流量重油燃燒器，很容易控制窯爐的縱向溫度分布。它可以根據(jù)玻璃熔化及澄清的工藝要求，分段進(jìn)行調(diào)節(jié)。這是其它窯型的池窯無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
另外，單元窯普遍采用金屬換熱器預(yù)熱助燃空氣，不需要換火操作，而且窯溫、窯壓、玻璃液面都采用自動(dòng)控制。投料機(jī)采用變頻調(diào)速電機(jī)連續(xù)自動(dòng)投料。因此，單元窯的生料覆蓋區(qū)、熔化區(qū)、澄清區(qū)及窯爐內(nèi)各溫度控制點(diǎn)的熱工參數(shù)，都是所有窯型中最穩(wěn)定可靠的。正因?yàn)閱卧G具有上述一系列優(yōu)異特性，所以，它已成為國(guó)內(nèi)外玻纖行業(yè)普遍采用的窯型結(jié)構(gòu)。
據(jù)悉，國(guó)外生產(chǎn)紡織性玻璃纖維的單元窯，其運(yùn)轉(zhuǎn)壽命為8-10年，生產(chǎn)增強(qiáng)性玻璃纖維的單元窯，其運(yùn)轉(zhuǎn)壽命可達(dá)10-12年。
影響單元窯運(yùn)轉(zhuǎn)壽命的主要因素是窯爐設(shè)計(jì)中對(duì)耐火磚材的正確選擇;窯爐砌筑中的合理砌筑技術(shù);烤窯時(shí)采用的升溫速率與時(shí)間及生產(chǎn)運(yùn)行中對(duì)窯爐熱工參數(shù)的最佳確定與完善的維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)。
現(xiàn)將以上幾點(diǎn)主要因素分別詳述于下：
一、耐火磚材的選擇
單元窯是池窯拉絲生產(chǎn)廠家的“心臟”，其選用耐火磚材質(zhì)量的好壞，對(duì)提高玻璃纖維產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)量、節(jié)約燃料、降低成本及延長(zhǎng)窯爐運(yùn)轉(zhuǎn)壽命，起著非常關(guān)鍵的作用。
耐火磚材在窯爐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間受到高溫、溫度急劇變化及火焰、粉料、玻璃液的物理化學(xué)侵蝕與機(jī)械沖刷作用，緩慢剝落入玻璃液內(nèi)，以致給玻璃液帶來(lái)氣泡、波筋及耐火材料結(jié)石等各種弊病，使拉絲生產(chǎn)發(fā)生困難。
當(dāng)耐火磚材被侵蝕剝落到一定程度時(shí)，單元窯就無(wú)法維持正常拉絲作業(yè)，必須立即停窯進(jìn)行冷修。為此，從玻璃熔化質(zhì)量、拉絲產(chǎn)量及窯爐的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命等項(xiàng)要求來(lái)看，單元窯的耐火磚材必須具有足夠的耐高溫性能，耐溫度急變性能及抵抗玻璃液、爐內(nèi)氣氛、火焰及粉料侵蝕與沖刷的性能，對(duì)玻璃液基本上沒(méi)有污染或污染極小、透氣性低、熱損失小及高溫下必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等性能。
鑒于單元窯在不同的結(jié)構(gòu)部位有不同的熱工要求，故在單元窯的設(shè)計(jì)中，對(duì)窯體的不同部位要選用不同的耐火磚材，以滿足生產(chǎn)工藝要術(shù)并降低窯爐造價(jià)。
單元窯各結(jié)構(gòu)部位選用的主要耐火磚材如下：
1.1 致密氧化鉻磚據(jù)國(guó)外專題報(bào)道，致密氧化鉻磚具有最佳抗高溫E玻璃液侵蝕性能，尤其可貴的是，其被侵蝕物剝落基本上對(duì)玻璃液不造成污染。所以，已成為E玻璃單元窯的主要耐火磚材。
據(jù)稱，這種致密氧化鉻磚采用等靜壓法成型。它是將礦石磨成微粉，再采用噴射干燥法，進(jìn)行均化處理后制成的。微粉中不含任何有機(jī)的或其它粘結(jié)組分，然后將均化料裝入一個(gè)特制的橡膠膜袋，排出空氣后扎緊，再裝入壓力容器，并用液壓泵泵入壓力缸。由此產(chǎn)生的壓力可達(dá)200MPa，并且各個(gè)方向相等，故稱為等靜壓法。用這種新工藝制成的坯料，其致密度非常高，并且很均勻，即使沒(méi)有焙燒，也沒(méi)有任何粘結(jié)劑，卻已堅(jiān)硬到可以進(jìn)行切割、鉆孔或進(jìn)行其它機(jī)械加工的程度。
這種致密氧化鉻磚含Cr2 03 96%，Ti02 4%，容重為4.5 g/cm3，顯氣孔率10%，常溫耐壓強(qiáng)度300N/mm2，荷重軟化點(diǎn)1700TaC，耐火度42SK，可逆熱膨脹率在1000度條件下為0.75%，導(dǎo)熱系數(shù)在1200度條件下為3.55w/m.k電阻率在1500度條件下 為56歐.cm，其最高使用溫度可達(dá)1800度。
由于致密氧化鉻磚具有上述優(yōu)異物化性能，故在單元窯中常用于與高溫玻璃液接觸部位，如熔化部池壁、池底及主通路(包括澄清部與過(guò)渡通)池壁，還有主通路池底的爬坡磚(流料槽)及廢氣入口通道等部位。
這種致密氧化鉻磚的常用牌號(hào)有：美國(guó)C0RHART耐火材料公司生產(chǎn)的C-1215C-1215z、CR-100等。德國(guó)VGT-DYKO工業(yè)耐火材料公司生產(chǎn)的CR95-wa及日本品川耐火材料株式會(huì)社生產(chǎn)的UC-PC-95等等。
1.2 致密氧化鋯磚致密氧化鋯磚的抗高溫E玻璃液侵蝕性能略低于致密氧化鉻磚。
該磚的化學(xué)成份為Zr02 65%，Si02 34%，容重為4.25g/cm3，顯氣孔率2%，常溫耐壓強(qiáng)度100N/mm2，荷重軟化點(diǎn)1700TaC，耐火度40SK，可逆熱膨脹率在1000度條件下為0.50%，導(dǎo)熱系數(shù)在1200度條件下為3.6w/mk，其最高使用溫度為1700度。
致密氧化鋯磚在單元窯中常用作與低溫玻璃液接觸部位及致密氧化鉻磚的背襯磚，如熔化部池底磚、投料口上方兩側(cè)的間隙磚、澄清部池底磚、主通路池壁的背襯磚及作業(yè)通路池底磚等。
致密氧化鋯磚的常用牌號(hào)有：美國(guó)CORHART耐火材料公司生產(chǎn)的ZS-1300ZS-1500、ZS-83、ZS-78等。德國(guó)VGT-DYKO工業(yè)耐火材料公司生產(chǎn)的ZS65wa，日本品川耐火材料株式會(huì)社生產(chǎn)的UC-Z、UC-CZ、UC-CZB，以及我國(guó)廣州嶺南耐火材料有限公司生產(chǎn)的HDZS 、DZS等。
此外，德國(guó)VGT-DYKO工業(yè)耐火材料公司還研制開(kāi)發(fā)了一種新型粗粒結(jié)構(gòu)致密氧化鋯磚。普通致密氧化鋯磚的基本原料，采用粒度約0.5mm的天然鋯砂，而粗粒結(jié)構(gòu)致密氧化鋯磚則需加入一定比例的粒度約5mm的粗粒鋯砂。這種粒度的天然鋯砂是沒(méi)有的，該公司采用等靜壓和燒結(jié)的方法，專門(mén)生產(chǎn)這種粗粒鋯砂。加入一定比例的這種粗粒鋯砂后，大大改善了磚材內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而顯著提高了磚材的耐急冷急熱性能和抗玻璃液侵蝕性能。
該磚的化學(xué)成分、荷重軟化點(diǎn)、耐火度及最高使用溫度，均與致密氧化鋯磚相同，但其體積密度(容重)為3.75g/cm3，顯氣孔率為17%，可逆熱膨脹率在1000度條件下為0.45%，導(dǎo)熱系數(shù)在1200度條件下為2.39w/m.k。由于該磚有極佳的抗熱震性能，故可廣泛應(yīng)用于單元窯上部結(jié)構(gòu)及拉絲漏板托磚。該磚的牌號(hào)為ZS65ak。
1.3 標(biāo)準(zhǔn)鋯磚該磚的化學(xué)組成為Zr02 66.2%，Al203 0.1%，Si02 33.1%， Fe203 0.1%。其容重為3.73g/cm3，顯氣孔率為17.6%，冷態(tài)液壓強(qiáng)度為850kg/cm3，在1000度條件下的熱膨脹率為0.48%，在2kg/cm2條件下的荷重軟化溫度大于1650度。
該磚主要用作致密氧化鋯磚的背襯磚、火焰空間的觀察孔磚、投料口墻碹磚、碹腳磚，主通路、支通路的火焰空間包括頂蓋磚及燒嘴磚，還有燒嘴磚與莫來(lái)石磚的過(guò)渡磚及窯爐兩側(cè)的間隙磚等。
日本品川耐火材料株式會(huì)社生產(chǎn)的該磚牌號(hào)為ZBK-L。
燒結(jié)莫來(lái)石磚該磚的化學(xué)組成為Al203大于74%，Si02 22.2%，其容重大于2.5g/cm3，顯氣孔率小于18%，耐火度大于37SK，耐壓強(qiáng)度大于700kg/cm2，在2kg/cm2條件下的荷重軟化溫度大于1650度，在1000度條件下的熱膨脹率小于0.6%。
該磚的主要用途是標(biāo)準(zhǔn)鋯磚的背襯磚、窯爐的墻、前端墻(即與主通路之間的隔墻)、通路煙道內(nèi)襯磚、大碹的碹腳及放料口外層磚、換熱器入口煙道的外墻磚與廢氣通路磚等。
此外，熔融莫來(lái)石磚還可用作窯爐大碹、胸墻及擋料磚等。
燒結(jié)莫來(lái)石磚的常用牌號(hào)有：日本品川耐火材料株式會(huì)社生產(chǎn)的03A4，德國(guó)VGT-DYKO工業(yè)耐火材料公司生產(chǎn)的MU75AF。
1.5 電熔鋯剛玉磚該磚的化學(xué)組成為： ZrO2 34%，Al2O3 49.2%，SiO2 15.9%。其容重為3.85g/cm3，顯氣孔率為0.45%，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為3000kg/cm3熱膨脹率為0.2%。該磚的主要用途是熔化部燒嘴磚及投料口磚。日本東芝株式會(huì)社生產(chǎn)的該磚牌號(hào)為S-3。
1.6 電熔鉻剛玉磚。該磚的化學(xué)組成為：Cr203 28.3%，Al203 58.3%，Mg0 6%，F(xiàn)e2035.2%。其容重為3.4g/cm3，顯氣孔率4.3%，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為2000Kg/cm3，熱膨脹率為0.17%。該磚的主要用途是換熱器入口處的煙道磚。日本東芝株式會(huì)社生產(chǎn)的該磚牌號(hào)為K-3。
1.7 耐火粘土磚。該磚的化學(xué)組成為：Si02 52%，Al203 44%，F(xiàn)e203 1.2%。其容重為2.15g/cm2，顯氣孔率19%，耐壓強(qiáng)度為500kg/cm2，在1000度的條件下，其熱膨脹率為0.5%，在2kg/cm2條件下的荷重軟化點(diǎn)為1420度。該磚在單元窯砌筑中，主要用作致密氧化鋯磚的背襯磚。日本大阪株式會(huì)社生產(chǎn)的耐火粘土系列磚的牌號(hào)有：NEOTEX-34，NEOTEX-32， NEOTEX-30及NEOTEX-PX-30等。
1.8 耐火保溫磚。E玻璃單元窯，要求有極佳的絕熱保溫層，以提高其熱效率。為此，常用低氣孔率粘土磚、普通粘土磚、粘土質(zhì)保溫磚、氧化鋁與高鋁類泡沫保溫磚及硬質(zhì)硅鈣板作致密鋯磚、標(biāo)準(zhǔn)鋯磚及莫來(lái)石磚、耐火粘土磚的外層保溫材料。此類耐火保溫材料，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)均能滿足單元窯的使用要術(shù)。
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